EP0732445A1 - Kalander für die Behandlung einer Papierbahn - Google Patents
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- EP0732445A1 EP0732445A1 EP96103277A EP96103277A EP0732445A1 EP 0732445 A1 EP0732445 A1 EP 0732445A1 EP 96103277 A EP96103277 A EP 96103277A EP 96103277 A EP96103277 A EP 96103277A EP 0732445 A1 EP0732445 A1 EP 0732445A1
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- D—TEXTILES; PAPER
- D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
- D21G—CALENDERS; ACCESSORIES FOR PAPER-MAKING MACHINES
- D21G1/00—Calenders; Smoothing apparatus
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- D21G1/00—Calenders; Smoothing apparatus
- D21G1/02—Rolls; Their bearings
- D21G1/0233—Soft rolls
Definitions
- the invention relates to a calender with a roll stack, which has a working nip formed between a hard and a soft roll and an alternating nip formed between two soft rolls, for the treatment of a paper web which is subjected to compressive stress in the working nips for a dwell time .
- Such calenders are known, for example, from the brochure "The New Super Calender Concepts” from Sulzer Papertec Krefeld GmbH from May 1994. They serve to satin coated and uncoated papers, for example printing papers or silicone base papers.
- "Hard” rollers are metal rollers with a smooth and hard surface, which are essentially responsible for the smoothness and gloss.
- “Soft” rolls are rolls with a elastic or soft surface, which essentially ensure even compaction. The alternating gap is required so that both sides of the paper web are treated approximately evenly. It is common to use a calender with 12 to 16 rolls, with the alternating nip in the lower half of the stack.
- the invention has for its object to provide a calender of the type described above, which largely ensures the same calendering results for a particular type of paper, but has a smaller height and its manufacturing and operating costs are lower.
- the roll stack has fewer than 10 rolls, that the alternating gap is arranged in the middle of the stack, ie with an even number of rolls between the two middle rolls and with an odd number of rolls between the middle roll and an adjacent roll, and that the effective weight of the rollers and any associated parts is so low that the sum of the line loads of the working gaps above the alternating gap is at least 80% of the total of the line loads of the working gaps below the alternating gap.
- the number of working gaps above the alternating gap is equal to or almost the same as the number of working gaps below the alternating gap, and is therefore less than in the known supercalender. Nevertheless, almost the same calendering result is achieved because - while maintaining a maximum permissible compressive stress in the lowest working gap - because of the smaller number of rollers and the lower weight influence of the rollers and possibly related parts, a higher line load than before can act in the first working gap and the line load increase is lower than in the known cases.
- the calender Since the calender has a lower overall height, lower buildings are also required, which considerably reduces installation costs. Furthermore, the calender is inexpensive to manufacture and operate because of the smaller number of rolls.
- the roll stack have eight rolls.
- Such an 8-roll calender in which there are three working nips above and below the alternating nip, does essentially the same as a known 12-roll calender.
- the web treatment below the alternating gap is the same in both cases.
- the web treatment above the alternating gap is carried out with the elimination of four working columns; this is, however around the working column with the least amount of deformation.
- a very high line load can already be applied in the first working gap, so that the paper web immediately undergoes considerable deformation.
- the calendering performance can be taken into account even better if the sum of the products from the dwell time and mean compressive stress in the working gaps above the alternating gap is at least 80% of the sum of the products mentioned in the working gaps below the alternating gap. Because dwell time and compressive stress are two decisive factors for paper deformation.
- the active plane of the roll stack be inclined to the vertical. With this construction, only the vertical component of the weight is included in the increase in the line load.
- rollers themselves are light in weight. This is done with the hard rollers by giving them the smallest possible diameter. In the case of the soft rollers, one should use lighter structures instead of the compact and heavy rollers with paper cover.
- the soft roller has a plastic jacket. Such covers are much thinner than paper covers and accordingly lighter.
- the soft roller have a fiber-reinforced plastic, such as epoxy resin.
- the fiber reinforcement in particular with carbon fibers, allows stability and low weight to be combined.
- top and / or bottom roller is a soft roller. If both end rolls are soft, a 6-roll calender results. If only one end roller is soft, roller stacks with an odd number of rollers can be provided. In addition, soft end rolls with lower weight can be designed as hard end rolls, which makes it easier to adjust the line load totals above and below the alternating gap.
- roller jacket consists of a material with insufficient wear resistance and has a cover made of an elastic plastic, and that the plastic has a higher wear resistance than the jacket material.
- the roll shell consists of lamellar graphite cast iron, ie a cast iron with lamellar graphite. Its wall thickness can be reduced by almost 50% compared to a cast iron roller jacket.
- this cast iron is not very wear-resistant. This disadvantage is compensated for by the fact that the cover made of elastic plastic serves as a wear protection layer. A layer thickness between 8 and 15 mm, preferably 10 mm, is sufficient for this purpose.
- the roll shell consists of spheroidal graphite cast iron, ie a cast iron with spherical graphite. This allows a reduction in wall thickness compared to chilled cast iron of up to 59%.
- At least one hard roller can be heated. This makes it possible to supply thermal deformation energy, so that overall a lower line load can be used. In addition, however, you can achieve a higher degree of adjustment of the satin result by different heating in the different working columns.
- the upper and / or lower rollers can advantageously be heated. Heat can therefore be supplied in the first and also in the last gap, which offers correction options on both sides of the paper web.
- the top middle roll is hard and heatable.
- deformation energy in the form of heat is supplied to the paper web in the first working gap.
- this has the advantage that the top roller can be made much simpler and cheaper, is exposed to lower temperatures and can be deformed more without the seal suffering as a result.
- heating can be carried out here by means of steam, which can be supplied with excess pressure.
- This type of heating is much simpler and cheaper than heating with oil, as would be required with a heated deflection compensation roller.
- top and / or bottom roller is a deflection-controllable roller, in which a roller shell is supported by hydrostatic support elements on a carrier which is held in a rotationally fixed manner and which passes through it.
- the deflection control allows the line load to be kept constant across the width of the paper web in order to achieve a very even satin finish result.
- the deflection-controllable roller has a multi-zone control in which hydraulic fluid with different pressure can be supplied to the support elements individually or in pairs.
- This multi-zone control in which the individual support elements are arranged close to each other and have an axial width of, for example, 5 to 20 cm, in conjunction with a soft roller jacket leads to an individual influence on the paper over very narrow areas even in the uppermost working gap, which is important leads to a high degree of uniformity of the desired parameters across the paper web.
- the calender 1 illustrated in FIG. 1 has a roll stack consisting of eight rolls, namely a heatable, deflection-controllable hard top roll 2, a soft roll 3, a heatable hard roll 4, a soft roll 5, a soft roll 6, one heatable hard roller 7, a soft roller 8 and a heatable, deflection-controllable hard lower roller 9.
- a heatable, deflection-controllable hard top roll 2 a soft roll 3
- a heatable hard roll 4 a soft roll 5
- a soft roll 6 one heatable hard roller 7, a soft roller 8 and a heatable, deflection-controllable hard lower roller 9.
- a paper web 17 is fed from a paper machine 18, passes through the working gaps 10 to 12, the changing gap 16 and the working gaps 13 to 15 under the guidance of guide rollers 19, whereupon it is wound up in a winding device 20.
- the paper web lies on one side in the three upper working columns 10 to 12 and in the three lower working columns 13 to 15 with the other side on the hard rollers, so that the desired surface structure, for example gloss or smoothness, is achieved on both sides.
- each of the rollers 2 to 9 has its own drive 21. This enables the paper web 17 to be drawn in during operation.
- a line load f1 results in the first working gap 10, which depends on the force P and the effective weight of the top roller 2, and a line load f2 in the second working gap 11, which depends on the force P and the weights of the depends on the two upper rollers 2 and 3, and so on up to the line load f6, which depends on the force P and the effective weights of all rollers 2 to 8.
- the invention provides that the sum of the line loads f1 + f2 + f3 the top working column 10, 11 and 12 at least 80% of the total of the line loads f4 + f5 + f6 the bottom three working columns is 13, 14 and 15.
- the calender had a width of 8.5 m and a web speed of 800 m / min.
- the sum of the products from the medium compressive stress p and the dwell time t in the working gaps above the alternating gap 16 reached a value of 82% of the sum of the products in the working gaps located below the alternating gap.
- values above this can also be achieved.
- the compressive stress p in the working gap was between 45 and 60 N / mm 2 .
- the heated rollers 2, 4, 7 and 9 were given a surface temperature between 100 and 150 ° C.
- the diameter of the soft rollers and the elasticity of their coating 34 were chosen so that there was a gap width of about 2 to 15 mm , preferably about 8 mm. Depending on the web speed, this leads to dwell times t in each working gap of 0.1 to 0.9, preferably 0.2 to 0.5 ms. It is preferred if the temperature T is only slightly above the lower limit, for example 110 ° C., if the compressive stress p is only slightly above the lower limit, for example 50 N / mm 2 . Compared to a 12-roll calender, slight increases in thermal and mechanical energy are therefore sufficient to achieve the same calendering results in an 8-roll calender.
- a 4-roll calender can also be set up, which is sufficient for simple applications, but which also results in the same calendering on both sides.
- the roll stack illustrated in FIG. 4 has a soft top roll 102 and a soft bottom roll 109.
- the alternating gap 116 located exactly in the middle is delimited by two soft rollers 105 and 106.
- Two hard rollers 103 and 107, which are adjacent to the end rollers 102 and 109, are heated with water vapor, which is supplied with excess pressure.
- the alternating gap was located exactly in the middle of the roll stack having an even number of rolls. Stacks with an odd number of rollers are described below.
- FIG. 5 illustrates a 9-roll calender which has a soft top roll 202 but a hard bottom roll 209.
- the alternating gap 216 is arranged between the soft middle roller 205 and the soft neighboring roller 206. Otherwise, heated hard center rolls alternate with soft rolls.
- a total of seven rolls are used in the roll stack according to FIG. 6.
- a hard top roller 302 and a soft bottom roller 309 are provided.
- the alternating gap 316 is located between the soft middle roller 305 and the adjacent soft roller 306. Otherwise, heated hard middle rollers alternate with soft rollers.
- roller shells can be constructed similarly to Fig. 3 and, for example, have a support tube made of spheroidal or lamellar graphite cast iron and have a cover made of elastic plastic.
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Abstract
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf einen Kalander mit einem Walzenstapel, der zwischen jeweils einer harten und einer weichen Walze gebildete Arbeitsspalte und einem zwischen zwei weichen Walzen gebildeten Wechselspalt aufweist, für die Behandlung einer Papierbahn, die in den Arbeitsspalten jeweils für eine Verweilzeit einer Druckspannung ausgesetzt ist.
- Derartige Kalander sind beispielsweise aus dem Prospekt "Die neuen Superkalander-Konzepte" der Firma Sulzer Papertec Krefeld GmbH aus Mai 1994 bekannt. Sie dienen dazu, gestrichene und ungestrichene Papiere zu satinieren, beispielsweise Druckpapiere oder Silicon-Rohpapiere. Als "harte" Walzen bezeichnet man Metallwalzen mit einer glatten und harten Oberfläche, die im wesentlichen für die Glätte und den Glanz verantwortlich sind. Als "weiche" Walzen bezeichnet man Walzen mit einer elastischen oder weichen Oberfläche, die im wesentlichen für eine gleichmäßige Verdichtung sorgen. Der Wechselspalt ist erforderlich, damit beide Seiten der Papierbahn eine etwa gleichmäßige Behandlung erfahren. Üblich ist es, einen Kalander mit 12 bis 16 Walzen zu verwenden, wobei sich der Wechselspalt in der unteren Hälfte des Stapels befindet. Hiermit wird der Tatsache Rechnung getragen, daß die den Stapel von oben nach unten durchlaufende Papierbahn oben in geringerem Maße verformt wird als unten, weil die zumeist vom oberen Ende her wirkende Belastung durch die Gewichte der Walzen und eventuell damit verbundener Teile, wie überhängender Gewichte, nach unten hin zunimmt. Dies führt zu einer von oben nach unten zunehmenden Druckspannung und/oder Verweilzeit in den Arbeitsspalten. Diese Kalander haben daher eine große Bauhöhe und sind aufgrund der großen Anzahl von Walzen sehr teuer.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kalander der eingangs beschriebenen Art anzugeben, der weitgehend die gleichen Satinageergebnisse für eine bestimmte Papiersorte sicherstellt, aber eine kleinere Bauhöhe hat und dessen Herstellungs- und Betriebskosten geringer sind.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Walzenstapel weniger als 10 Walzen aufweist, daß der Wechselspalt in der Mitte des Stapels angeordnet ist, d.h. bei gerader Walzenzahl zwischen den beiden mittelsten Walzen und bei ungerader Walzenzahl zwischen der mittelsten Walze und einer benachbarten Walze, und daß das wirksame Gewicht der Walzen und eventuell damit verbundener Teile so gering ist, daß die Summe der Streckenlasten der Arbeitsspalte oberhalb des Wechselspalts mindestens 80 % der Summe der Streckenlasten der Arbeitsspalte unterhalb des Wechselspaltes beträgt.
- Bei dieser Konstruktion ist die Anzahl der Arbeitsspalte oberhalb des Wechselspalts gleich oder nahezu gleich der Anzahl der Arbeitsspalte unterhalb des Wechselspalts und damit geringer als beim bekannten Superkalander. Trotzdem wird nahezu das gleiche Satinageergebnis erzielt, weil - bei Beibehaltung einer maximal zulässigen Druckspannung im untersten Arbeitsspalt - wegen der geringeren Walzenzahl und wegen des geringeren Gewichtseinflusses der Walzen und eventuell damit verbundener Teile bereits im ersten Arbeitsspalt eine höhere Streckenlast als bisher wirken kann und die Streckenlastzunahme geringer als in den bekannten Fällen ist.
- Die Summe der Streckenlasten ist ein guter Anhaltspunkt für die mechanische Einwirkung auf das Papier. Auch wenn die Summe der Streckenlasten oberhalb des Wechselspalts nicht identisch mit der Summe der Streckenlasten unterhalb des Wechselspalts ist, erhält man dennoch den Forderungen der Praxis voll entsprechende, hervorragende Satinageergebnisse.
- Da der Kalander eine geringere Bauhöhe hat, benötigt man auch niedrigere Gebäude, was die Aufstellungskosten erheblich senkt. Des weiteren ist der Kalander wegen der geringeren Walzenzahl sowohl in der Herstellung als auch im Betrieb kostengünstig.
- Besonders empfehlenswert ist es, daß der Walzenstapel acht Walzen aufweist. Ein solcher 8-Walzen-Kalander, bei dem sich oberhalb und unterhalb des Wechselspalts je drei Arbeitsspalte befinden, leistet im wesentlichen dasselbe wie ein bekannter 12-Walzen-Kalander. Die Bahnbehandlung unterhalb des Wechselspaltes ist in beiden Fällen gleich. Die Bahnbehandlung oberhalb des Wechselspaltes wird zwar unter Fortfall von vier Arbeitsspalten durchgeführt; hierbei handelt es sich aber um die Arbeitsspalte mit dem geringsten Verformungseinfluß. Bei der neuen Konstruktion dagegen kann eine sehr hohe Streckenlast bereits im ersten Arbeitsspalt angewendet werden, so daß die Papierbahn sofort eine erhebliche Verformung erfährt. Bei gleicher Druckspannung im untersten Arbeitsspalt wie bei einem 12-Walzen-Kalander werden daher im obersten Arbeitsspalt eines 8-Walzen-Kalanders Druckspannungen erreicht, die eine Gleichmäßigkeit im Satinageergebnis auf beiden Papierbahnseiten bewirken. Das heißt die drei Walzenspalte oberhalb des Wechselspalts beim 8-Walzen-Kalander erzielen annähernd das gleiche Resultat wie beim 12-Walzen-Kalander die ersten sieben Arbeitsspalte.
- Die Kalandrierleistung läßt sich noch besser dadurch berücksichtigen, daß die Summe der Produkte aus Verweilzeit und mittlerer Druckspannung in den Arbeitsspalten oberhalb des Wechselspaltes mindestens 80 % der Summe der genannten Produkte in den Arbeitsspalten unterhalb des Wechselspalts beträgt. Denn Verweilzeit und Druckspannung sind zwei maßgebende Faktoren für die Papierverformung.
- Um das wirksame Gewicht möglichst klein zu halten, empfiehlt es sich, daß die Wirkebene des Walzenstapels zur Vertikalen geneigt ist. Bei dieser Konstruktion geht jeweils nur die vertikale Komponente des Gewichts in die Erhöhung der Streckenlast ein.
- Als vorteilhafte Maßnahme wird angesehen, daß die Walzen selbst ein geringes Gewicht haben. Dies geschieht bei den harten Walzen dadurch, daß sie den kleinstmöglichen Durchmesser erhalten. Bei den weichen Walzen sollte man anstelle der kompakten und schweren Walzen mit Papierbezug leichter bauende Konstruktionen verwenden.
- Dies kann vorzugsweise dadurch geschehen, daß die weichen Walzen Hohlräume enthalten. Insbesondere kommen hierfür mit einem Bezug versehene Hohlrohre in Betracht.
- Vorteile bietet es auch, wenn die weiche Walze einen Kunststoffmantel aufweist. Solche Bezüge sind wesentlich dünner als Papierbezüge und dementsprechend leichter.
- Hierbei empfiehlt es sich ferner, daß die weiche Walze einen faserverstärkten Kunststoff, wie Epoxidharz aufweist. Durch die Faserverstärkung, insbesondere mit Kohlefasern, läßt sich Stabilität und geringes Gewicht miteinander vereinen.
- Günstig ist es, daß die Ober- und/oder Unterwalze eine weiche Walze ist. Sind beide Endwalzen weich, ergibt sich ein 6-Walzen-Kalander. Wenn nur eine Endwalze weich ist, kann man Walzenstapel mit ungerader Walzenzahl vorsehen. Außerdem können weiche Endwalzen mit geringerem Gewicht als harte Endwalzen ausgeführt werden, was die Anpassung der Streckenlastsummen oberhalb und unterhalb des Wechselspalts erleichtert.
- Eine besonders geringes Gewicht erzielt man dadurch, daß der Walzenmantel aus einem Material unzureichender Verschleißfestigkeit besteht und einen Bezug aus einem elastischen Kunststoff trägt, und daß der Kunststoff eine höhere Verschleißfestigkeit hat als das Mantelmaterial.
- Dies gilt insbesondere, wenn der Walzenmantel aus Lamellengraphitguß, also einem Gußeisen mit lamellenförmigem Graphit, besteht. Dessen Wandstärke kann gegenüber einem Hartguß-Walzenmantel um fast 50 % reduziert werden. Allerdings ist dieser Grauguß nur wenig verschleißfest. Dieser Nachteil wird aber dadurch ausgeglichen, daß der Bezug aus elastischem Kunststoff als Verschleiß-Schutzschicht dient. Für diesen Zweck genügt eine Schichtdicke zwischen 8 und 15 mm, vorzugsweise 10 mm.
- Eine Alternative sieht vor, daß der Walzenmantel aus Kugelgraphitguß, also einem Gußeisen mit kugelförmigem Graphit, besteht. Dies erlaubt eine Wandstärkenreduzierung gegenüber Hartguß von bis zu 59 %.
- In weiterer Ausgestaltung ist dafür gesorgt, daß zumindest eine harte Walze beheizbar ist. Dies ermöglicht es, thermische Verformungsenergie zuzuführen, so daß insgesamt mit einer geringeren Streckenlast gearbeitet werden kann. Hinzu kommt aber, daß man durch unterschiedliche Beheizung in den verschiedenen Arbeitsspalten noch ein höheres Maß der Anpassung des Satinageergebnisses erzielen kann.
- Mit Vorteil sind die Ober- und/oder Unterwalze beheizbar. Schon im ersten und auch im letzten Spalt ist daher Wärme zuführbar, was auf beiden Seiten der Papierbahn Korrekturmöglichkeiten bietet.
- Besonders günstig ist es, daß zumindest die oberste Mittelwalze hart und beheizbar ist. Auch hier wird bereits im ersten Arbeitsspalt der Papierbahn Verformungsenergie in Form von Wärme zugeführt. Gegenüber einer sonst notwendigen Beheizung der Oberwalze hat dies aber den Vorteil, daß die Oberwalze sehr viel einfacher und billiger ausgeführt werden kann, geringeren Temperaturen ausgesetzt ist und stärker verformt werden darf, ohne daß die Abdichtung hierunter leidet.
- Am günstigsten ist es allerdings, wenn alle harten Mittelwalzen beheizbar sind. Dadurch, daß man die oberste und gegebenenfalls auch die unterste Mittelwalze als harte Walze ausbildet, kann man unter Beibehaltung der Gesamt-Walzenzahl die Zahl der harten und damit beheizbaren Mittelwalzen um eine erhöhen. Dies erlaubt es, auf einfache Weise mehr Wärmeenergie oder die gleiche Wärmeenergie auf einem tieferen Temperaturniveau zuzuführen.
- Hierbei kann insbesondere die Beheizung mittels Wasserdampf erfolgen, der mit Überdruck zuführbar ist. Diese Art der Beheizung ist wesentlich einfacher und preisgünstiger als die Beheizung mit Öl, wie sie bei einer beheizten Durchbiegungsausgleichswalze erforderlich wäre.
- Vorzüge bietet es auch, daß die Ober- und/oder Unterwalze eine durchbiegungssteuerbare Walze ist, bei der ein Walzenmantel über hydrostatische Stützelemente auf einem ihn durchsetzenden, drehfest gehaltenen Träger abgestützt ist. Die Durchbiegungssteuerung erlaubt es, die Streckenlast über die Breite der Papierbahn konstant zu halten, um so ein sehr gleichmäßiges Satinageergebnis zu erzielen.
- Empfehlenswert ist es außerdem, daß die durchbiegungssteuerbare Walze eine Vielzonen-Steuerung aufweist, bei der den Stützelementen einzeln oder paarweise Druckflüssigkeit mit unterschiedlichem Druck zuführbar ist. Diese Vielzonen-Steuerung, bei der die einzelnen Stützelemente dicht nebeneinander angeordnet sind und eine axiale Breite von beispielsweise 5 bis 20 cm haben, führt in Verbindung mit einem weichen Walzenmantel zu einer individuellen Beeinflussung des Papiers über sehr schmale Bereiche bereits im obersten Arbeitsspalt, was von vornherein zu einer hohen Gleichmäßigkeit der gewünschten Parameter quer zur Papierbahn führt.
- Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1
- eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kalanders,
- Fig. 2
- eine abgewandelte Ausführungsform,
- Fig. 3
- einen Schnitt durch eine weiche Walze,
- Fig. 4
- schematisch einen 6-Walzen-Kalander,
- Fig. 5
- schematisch einen 9-Walzen-Kalander und
- Fig. 6
- schematisch einen 7-Walzen-Kalander.
- Der in Fig. 1 veranschaulichte Kalander 1 weist einen Walzenstapel auf, der aus acht Walzen besteht, nämlich einer beheizbaren, durchbiegungssteuerbaren harten Oberwalze 2, einer weichen Walze 3, einer beheizbaren harten Walze 4, einer weichen Walze 5, einer weichen Walze 6, einer beheizbaren harten Walze 7, einer weichen Walze 8 und einer beheizbaren, durchbiegungssteuerbaren harten Unterwalze 9. Auf diese Weise ergeben sich sechs Arbeitsspalte 10 bis 15, die je durch eine harte Walze und eine weiche Walze begrenzt sind, und in deren Mitte ein Wechselspalt 16, der durch zwei weiche Walzen 5 und 6 begrenzt ist.
- Eine Papierbahn 17 wird aus einer Papiermaschine 18 zugeführt, durchläuft unter der Führung von Leitrollen 19 die Arbeitsspalte 10 bis 12, den Wechselspalt 16 und die Arbeitsspalte 13 bis 15, worauf sie in einer Wickelvorrichtung 20 aufgewickelt wird. In den drei oberen Arbeitsspalten 10 bis 12 liegt die Papierbahn mit der einen Seite, in den drei unteren Arbeitsspalten 13 bis 15 mit der anderen Seite an den harten Walzen an, so daß beidseitig die gewünschte Oberflächenstruktur, beispielsweise Glanz oder Glätte erreicht wird.
- Wegen der direkten Verbindung des Kalanders 1 mit der Papiermaschine 18 ergibt sich ein in-line-Betrieb. Aus diesem Grund besitzt jede der Walzen 2 bis 9 einen eigenen Antrieb 21. Dies ermöglicht ein Einziehen der Papierbahn 17 während des Betriebes.
- Ein Steuergerät 23 hat mehrere Funktionen:
- a) Über eine Leitung 24 wird die Kraft P festgelegt, mit der die Oberwalze 2 nach unten gedrückt wird, wobei die Unterwalze 9 zweckmäßigerweise ortsfest gehalten ist. Die Belastung kann auch in umgekehrter Richtung erfolgen, wobei die Kraft P auf die Unterwalze 9 wirkt und die Oberwalze 2 ortsfest gelagert ist.
- b) Über die Leitungen 25 und 26 werden die Vorrichtungen 27 bzw. 28 zum Durchbiegungsausgleich der Oberwalze 2 und der Unterwalze 9 mit Druckmittel beaufschlagt. Diese Vorrichtungen sorgen dafür, daß über die Länge der Walzen eine gleichmäßige Druckspannung herrscht, wie dies an sich bekannt ist. Hierfür können alle üblichen Vorrichtungen verwendet werden, insbesondere solche, bei denen Stützelemente nebeneinander in einer Reihe angeordnet sind und einzeln oder zonenweise mit unterschiedlichem Druck beaufschlagt werden können.
- c) Die Walzen 2, 4, 7 und 9 sind beheizbar, wie dies durch Pfeile H angedeutet ist. Die Heizenergie wird über strichpunktierte Pfade 27 bis 30 zugeführt. Dies kann durch elektrische Beheizung, durch Strahlungsheizung, mit Hilfe eines Wärmeträgers u.dgl. erfolgen.
- Bei einer Belastung des Stapels durch eine Kraft P ergibt sich im ersten Arbeitsspalt 10 eine Streckenlast f1, die von der Kraft P und dem wirksamen Gewicht der Oberwalze 2 abhängt, im zweiten Arbeitsspalt 11 eine Streckenlast f2, die von der Kraft P und den Gewichten der beiden oberen Walzen 2 und 3 abhängt, und so fort bis zur Streckenlast f6, die von der Kraft P und den wirksamen Gewichten sämtlicher Walzen 2 bis 8 abhängt.
- Erfindungsgemäß soll der zusätzliche Gewichtseinfluß möglichst klein gehalten werden. Hierfür können verschiedene Maßnahmen einzeln oder in Kombination vorgesehen sein:
- 1) Die harten Walzen 4 und 7 haben den kleinstmöglichen Durchmesser.
- 2) Die Wirkebene des Walzenstapels ist schräg gestellt, also zur Vertikalen geneigt (Fig. 2). Daher wirkt die Gewichtskomponente G einer jeden Walze nur mit einer Komponente G1 in Richtung der Streckenlast.
- 3) Die weichen Walzen, z.B. 3, weisen ein Tragrohr oder Walzenmantel 32 aus einem Material unzureichender Verschleißfestigkeit mit einem Hohlraum 33 auf. Auf dem Walzenmantel ist ein Kunststoffbezug 34 angeordnet, der beispielsweise aus faserverstärktem Epoxidharz bestehen kann. Eine solche weiche Walze ist wesentlich leichter als eine übliche Walze mit einem Bezug aus Fasermaterial und hat infolge des Kunststoffbezuges eine hohe Verschleißfestigkeit.
- 4) Überhängende Gewichte, die das wirksame Gewicht der Walze verstärken, werden in an sich bekannter Weise durch eine Stützvorrichtung kompensiert, was beispielsweise im Rahmen eines Kalanders mit an Schwenkhebeln gelagerten Walzen geschehen kann (vgl. EP 0 285 942 B1).
- In Folge der geringen Zahl von nur acht Walzen und dem geringen Gewichtseinfluß dieser Walzen ist bei einer vorgegebenen Streckenlast f6 im untersten Arbeitsspalt 15 im obersten Arbeitsspalt 10 eine Streckenlast f1 vorhanden, die weit über den bisher üblichen Werten liegt. Dies gilt auch für die Streckenlasten f2 und f3 in den Arbeitsspalten 11 und 12. Daher ist die Behandlung in den drei ersten Arbeitsspalten 10, 11 und 12 der Behandlung in den drei letzten Arbeitsspalten 13, 14 und 15 so stark angenähert, daß auch der Satinageeffekt auf beiden Seiten der Papierbahn weitgehend gleich ist. Eventuell noch notwendige Korrekturen können mit Hilfe unterschiedlicher Beheizung der beheizbaren Walzen 2, 4, 7 und 9 vorgenommen werden.
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- Zu ähnlichen Ergebnissen führt es, wenn man nicht die Streckenlast in den einzelnen Spalten, sondern die Verweilzeit t und die Druckspannung p in jedem Arbeitsspalt berücksichtigt, indem die Summe der Produkte t · p für die drei obersten Arbeitsspalte mit der Summe dieser Produkte für die drei unteren Arbeitsspalte verglichen wird. Auch hier sollte die obere Summe mindestens 80 % der unteren Summe betragen.
- Bei einem Ausführungsbeispiel mit vertikalem Walzenstapel gemäß Fig. 1 besaß der Kalander eine Breite von 8,5 m und eine Bahngeschwindigkeit von 800 m/min. Allein durch eine Gewichtseinsparung bei den weichen Walzen von rund 40 % erreichte die Summe der Produkte aus mittlerer Druckspannung p und Verweilzeit t in den Arbeitsspalten oberhalb des Wechselspaltes 16 einen Wert von 82 % der Summe der Produkte in den unterhalb des Wechselspalts gelegenen Arbeitsspalten. Durch weitere der angeführten Maßnahmen lassen sich beim vertikalen Stapel noch höhere Werte von beispielsweise 83 bis 86 % erzielen. Mit Sonderkonstruktionen, wie dem geneigten Stapel, sind auch darüber liegende Werte erreichbar.
- Als Druckspannung p im Arbeitsspalt, insbesondere im untersten Spalt ergaben sich Werte zwischen 45 und 60 N/mm2. Mit Hilfe der Beheizung H erhielten die beheizbaren Walzen 2, 4, 7 und 9 eine Oberflächentemperatur zwischen 100 und 150° C. Die Durchmesser der weichen Walzen und die Elastizität ihres Belages 34 waren so gewählt, daß sich eine Spaltbreite von etwa 2 bis 15 mm, vorzugsweise etwa 8 mm ergab. Dies führt in Abhängigkeit von der Bahngeschwindigkeit zu Verweilzeiten t in jedem Arbeitsspalt von 0,1 bis 0,9, vorzugsweise 0,2 bis 0,5 ms. Bevorzugt wird es, wenn die Temperatur T nur wenig über der unteren Grenze liegt, also beispielsweise bei 110° C, wenn die Druckspannung p nur wenig über der unteren Grenze liegt, beispielsweise bei 50 N/mm2. Gegenüber einem 12-Walzen-Kalander genügen daher geringfügige Erhöhungen der thermischen und mechanischen Energie, um dieselben Satinierergebnisse bei einem 8-Walzen-Kalander zu erzielen.
- Nach dem gleichen Prinzip kann auch ein 4-Walzen-Kalander aufgebaut werden, der für einfachere Anwendungszwecke ausreicht, aber ebenfalls eine auf beiden Seiten etwa gleiche Satinage bewirkt.
- Der in Fig. 4 veranschaulichte Walzenstapel weist eine weiche Oberwalze 102 und eine weiche Unterwalze 109 auf. Der genau in der Mitte befindliche Wechselspalt 116 wird durch zwei weiche Walzen 105 und 106 begrenzt. Zwei harte Walzen 103 und 107, welche den Endwalzen 102 und 109 benachbart sind, werden mit Wasserdampf, der mit Überdruck zugeführt wird, beheizt.
- Bei den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen befand sich der Wechselspalt genau in der Mitte des eine gerade Anzahl von Walzen aufweisenden Walzenstapels. Nachstehend werden Stapel mit einer ungeraden Walzenanzahl beschrieben.
- In Fig. 5 ist ein 9-Walzen-Kalander veranschaulicht, der eine weiche Oberwalze 202, aber eine harte Unterwalze 209 aufweist. Der Wechselspalt 216 ist zwischen der weichen mittelsten Walze 205 und der weichen Nachbarwalze 206 angeordnet. Im übrigen wechseln beheizte harte Mittelwalzen mit weichen Walzen ab.
- Beim Walzenstapel gemäß Fig. 6 werden insgesamt sieben Walzen verwendet. Es ist eine harte Oberwalze 302 und eine weiche Unterwalze 309 vorgesehen. Der Wechselspalt 316 befindet sich zwischen der weichen mittelsten Walze 305 und der benachbarten weichen Walze 306. Im übrigen wechseln beheizte harte mittlere Walzen mit weichen Walzen ab.
- Bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 4 bis 6 ist angedeutet, daß die Oberwalzen und Unterwalzen in ähnlicher Weise wie in Fig. 1 mit hydraulischen Stützelementen versehen sind. Die Walzenmäntel können ähnlich wie in Fig. 3 aufgebaut sein und beispielsweise ein Tragrohr aus Kugel- oder Lamellengraphitguß aufweisen und einen Bezug aus elastischem Kunststoff tragen.
Claims (18)
- Kalander mit einem Walzenstapel, der zwischen jeweils einer harten und einer weichen Walze gebildete Arbeitsspalte und einem zwischen zwei weichen Walzen gebildeten Wechselspalt aufweist, für die Behandlung einer Papierbahn, die in den Arbeitsspalten jeweils für eine Verweilzeit einer Druckspannung ausgesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Walzenstapel weniger als 10 Walzen aufweist, daß der Wechselspalt (16) in der Mitte des Stapels angeordnet ist, d.h. bei gerader Walzenzahl zwischen den beiden mittelsten Walzen und bei ungerader Walzenzahl zwischen der mittelsten Walze und einer benachbarten Walze, und daß das wirksame Gewicht der Walzen (2 bis 8) und eventuell damit verbundener Teile so gering ist, daß die Summe der Streckenlasten (
- Kalander nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Walzenstapel acht Walzen (2 bis 9) aufweist.
- Kalander nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Produkte aus Verweilzeit (t) und mittlerer Druckspannung (P) in den Arbeitsspalten (10, 11, 12) oberhalb des Wechselspaltes (16) mindestens 80 % der Summe der genannten Produkte in den Arbeitsspalten (13, 14, 15) unterhalb des Wechselspalts (16) beträgt.
- Kalander nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkebene des Walzenstapels zur Vertikalen geneigt ist.
- Kalander nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die weichen Walzen (3) Hohlräume (33) enthalten.
- Kalander nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die weiche Walze (3) einen Kunststoffmantel (34) aufweist.
- Kalander nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die weiche Walze (3) einen faserverstärkten Kunststoff aufweist.
- Kalander nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ober- und/oder Unterwalze (102, 109; 202; 309) eine weiche Walze ist.
- Kalander nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die weiche Walze (102, 109; 202, 309) einen Walzenmantel (32) aufweist, der aus einem Material unzureichender Verschleißfestigkeit besteht und einen Bezug (34) aus einem elastischen Kunststoff trägt, und daß der Kunststoff eine höhere Verschleißfestigkeit hat als das Mantelmaterial.
- Kalander nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Walzenmantel (32) aus Lamellengraphitguß besteht.
- Kalander nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Walzenmantel (32) aus Kugelgraphitguß besteht.
- Kalander nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine harte Walze (2, 4, 7, 9) beheizbar ist.
- Kalander nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Ober- und/oder Unterwalze (2, 9) hart und beheizbar ist.
- Kalander nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die oberste Mittelwalze (4; 103) hart und beheizbar ist.
- Kalander nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß alle harten Mittelwalzen (4, 6, 8, 11, 13; 103, 107) beheizbar sind.
- Kalander nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Beheizung mittels Wasserdampf erfolgt, der mit Überdruck zuführbar ist.
- Kalander nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Ober- und/oder Unterwalze (2, 9; 102, 109; 202, 209; 302, 309) eine durchbiegungssteuerbare Walze ist, bei der ein Walzenmantel über hydrostatische Stützelemente (27, 28) auf einem ihn durchsetzenden, drehfest gehaltenen Träger abgestützt ist.
- Kalander nach Anspruch 8 und 17, dadurch gekennzeichnet, daß die durchbiegungssteuerbare Walze (102, 109; 202; 309) eine Vielzonen-Steuerung aufweist, bei der den Stützelementen (27, 28) einzeln oder paarweise Druckflüssigkeit mit unterschiedlichem Druck zuführbar ist.
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